滾壓刀具的擠壓原理及表面硬化

使用滾壓刀具提高金屬表面的光潔度是比較直接的機加工方法。金屬工件的粗短度一直是許多金屬工件的重要工藝，如液壓缸、千斤頂、汽車輪轂等，由于長期的工作碰撞，較高的光潔度大大能提高產品的碰撞力度，提高產品直接壽命。力學中也早有闡述，越光滑的產品機械碰撞和轉動越快越省力。所以如何提高表面糙度一直是我們精心研究的課題。

滾壓刀具被廣泛用于機加工中，如果車刀、鏜刀、銑刀等，也被適用多種不同的機床，例如車床、鉆床、鏜床等。刀具本身也大都采用切削方式進行機加工，從而達到產品工件的尺寸及工藝要求。今天我們來介紹一種特殊的機加工刀具，它打破原來的切削方式，用擠壓的原理，達到金屬產品的塑性變形。使用目的大多數用來提高表面光潔度和金屬工件的表面硬度。相關閱讀：內孔擠壓刀的使用與構造

液壓缸是液壓刀支架最主要的部件之一，傳統的加工方法是：下料→調質→車基準面→粗鏜→車（修基準面）→精鏜→精車→（精修基準面）→珩（分粗珩、精珩兩步）。該工藝有如下缺點：⑴該工藝路線長，耗費時間長；⑵因為在珩磨中，珩磨頭磨損嚴重，需要不斷的更換珩磨頭，加大了珩磨成本；⑶珩磨污染嚴重，由于在珩磨時需要用航空煤油來進行冷卻和潤滑，造成了空氣污染，嚴重影響了工人的身體健康。而現在被工廠廣泛采用的鏜-滾復合工藝的路線為：下料→調質→車（基準面）→粗鏜→車（修基準面）→鏜滾。鏜滾復合工藝代替推鏜珩磨后，工作效率大大提高，工藝路線也大大縮短，降低了成本。采用鏜滾復合工藝后，提高了缸體內孔表面的硬度和強度，降低了表面粗糙度，延長了缸體的使用壽命。這種工藝不但能保證質量，而且明顯的提高了加工效率、降低了加工成本。滾光刀

1、液壓缸用滾壓刀加工原理

滾壓刀加工是一種常用的金屬材料的表面強化方法，它通過滾壓頭向工件表面施加一定的壓力。滾壓頭以滾柱徑向輾壓液壓缸內孔壁，工件旋轉，滾壓頭沿工件軸向進給。當內孔表層的壓應力超過彈性極限時，金屬晶粒之間發生位錯滑移和破碎，金屬比容增大，就會發生塑性變形。既輾平了內孔表面的微觀不平度，同時滾壓后的表層產生了冷作硬化，提高了表面硬度，改善了表面質量。滾壓頭安裝在鏜桿上，鏜桿安裝在走刀架上，通過走刀架沿軸線方向移動，就實現了液壓缸內孔的滾壓加工。

2、被加工表面物理、機械性能的變化

通過滾壓頭液壓缸內孔表面，加工表面層會因塑性變形產生冷作硬化；金相組織發生變化，會在表層產生殘余壓應力。工件加工表面層的冷作硬化減少了摩擦副接觸部分的彈性和塑性變形，從而提高了耐磨性。

⑴     面層的冷作硬化

在滾壓刀具工程中，若加工表面層產生的塑性變形使晶體間產生剪切滑移，晶格會嚴重扭曲，并產生晶粒的拉長、破碎和纖維化，引起表面層的強度和硬度均勻提高的現象，就是冷作硬化現象。加工表面的冷作硬化指標主要以硬化層的深度 h、表面層的顯微硬度 H 及硬化程度 H/H0來表示。一般硬化程度越大，硬化層的深度也越大。

表面層的硬化程度取決于產生塑性變形的滾壓力、滾壓速度等。滾壓力越大，塑性變形越大，產生的硬化程度也越大。滾壓速度越大，塑性變形越不充分。產生的硬化程度也就相應減小。滾壓頭的磨損量越大，冷作硬化層的硬度和深度也越大。當滾壓速度增大，表面冷作硬化層的硬度和深度都有所減小。這是因為：一方面，滾壓速度增大會使溫度增高，有助于冷作硬化的回復；另一方面，滾壓速度增大，滾壓頭與工件接觸時間短，也會使塑性變形減小。進給量增大時，滾壓力增大，塑性變形程度也增大，因此表面層的冷作硬化現象也增大。當被加工材料的硬度越低和塑性越大，則滾壓后表面層的冷作硬化現象越嚴重。

⑵     面層金相組織

伴隨著滾壓加工的進行，金屬形狀會不斷發生變化，但其體積保持不變。由于組成油缸的金屬是多晶體結構，所以它的塑性變形是許多單個晶粒綜合塑性變形的結果。多晶體在收到外力作用時，變形首先在在那些晶粒位向最有利的晶粒中進行。在這些晶粒中，位錯將沿著最有利的滑移面運動，移到晶界處就要停止，一般不能直接穿過晶界。位錯能否越過晶界，主要取決于晶界層的性質和鄰近晶粒的位向。金屬的晶粒越細，晶界面積越大，每顆晶粒周圍具有不同取向的晶粒數目就越多，因而變形抗力較大，塑性較好。從一般使用的角度來看，晶粒細的材料強度高，塑性好，因此在生產上通常要盡量獲得細晶粒組織。采用滾壓加工使滾壓層的組織變得緊密，晶粒變細，晶粒形狀也沿著變形最大的方向延伸。通過滾壓使金屬內部組織晶粒細化，提高了被滾壓金屬表面的強度。壓光刀

⑶     表面層的殘余應力

各種機械加工方法所得的零件表面層都會有或大或小或拉或壓的殘余應力。在冷塑性變形中，加工過程中表面層如產生了金相組織的變化，以及在加工過程中，表面層經過冷態塑性變形后，金屬比重下降，比容積增大，引起表面層受力狀況的變化等均會產生加工表面層的殘余應力。金屬經過冷態塑性變形后，總有一部分原子，從其穩定平衡的晶格位置上被移動。原來結晶格子中原子排列是相當緊密的，冷態塑性變形